電路分析模擬實驗室

電路分析 · 互動模擬實驗

玩法與設計

這是一個電路分析的互動模擬實驗。你會先複習核心概念與公式,再透過調節電壓、電阻、電容、電感四個參數,觀察直流與交流電路中的電流、電壓、阻抗和相位變化。整個過程約 10-15 分鐘。

背景知識複習

電路分析的核心是歐姆定律基爾霍夫定律。歐姆定律描述電壓、電流、電阻的關係;基爾霍夫定律描述節點電流與迴路電壓的守恆。

在交流電路中,阻抗(Z)取代電阻,包含電阻、容抗、感抗三個部分。電流與電壓之間會出現相位差,取決於電路中電容與電感的相對大小。

這個模擬器讓你調節 R、L、C 參數,觀察電路的阻抗大小共振頻率電流相位如何變化。

核心公式速查

歐姆定律
V = I · R
直流電路:電壓 = 電流 × 電阻
阻抗
Z = √(R² + (X_L − X_C)²)
交流電路:阻抗的串聯計算
容抗與感抗
X_C = 1/(2πfC), X_L = 2πfL
頻率越高,容抗越小、感抗越大
共振頻率
f₀ = 1/(2π√(LC))
X_L = X_C 時,阻抗最小,電流最大

四個核心概念

🔋
電壓 V
電路兩端的電位差,單位伏特(V)。
🔌
電阻 R
阻礙電流流動的性質,單位歐姆(Ω)。
電容 C
儲存電荷的能力,單位法拉(F)。
🌀
電感 L
儲存磁場能量的能力,單位亨利(H)。

怎麼玩?

① 拖動滑桿調節 電壓 V、電阻 R、電容 C、電感 L。

② 觀察左側波形圖中電壓與電流的相位關係,以及阻抗的變化。

③ 點擊預設情境(純電阻、RC 電路、RL 電路、RLC 共振等)一鍵體驗。

④ 查看右側指標:阻抗、電流、相位差、共振頻率的變化。

小提示

這個模型是簡化版本,用於教學演示。實際電路還有更多因素(如寄生電容、溫度係數、非線性元件)。右上角可切換繁體中文、English、簡體中文。

🔋
歐姆定律
電壓、電流、電阻的關係

電壓與電流波形

t Amp V(t) I(t) φ = 0°

調節參數

電源電壓(V)
單位:Ω
單位:μF
單位:mH
阻抗 Z
100
電流 I
100
相位差 φ
共振頻率 f₀
電路分析
純電阻電路
電路意義